Основы сетевых технологий_Лекция 8

1.

Лекция 8.
Технологии
широкополосного
доступа

2.

Лекция 8. Технологии широкополосного доступа
Технологии широкополосного доступа
Технологии xDSL
Технология ADSL
Технология VDSL
Технология GPON

3. Технологии широкополосного доступа

Технологии широкополосного доступа
Широкополосный доступ (ШПД) означает высокоскоростное подключение к набору услуг,
предоставляемых оператором связи с помощью недорогих и высокоскоростных технологий.
Огромное число технологий, реализующих ШПД, можно разделить на проводные и беспроводные.
Широкополосный доступ
Проводной
Беспроводной
xDSL
PLC
Wi-Fi
DECT
FTTX
DOCSIS
LTE
WiMAX

4.

Технологии широкополосного
доступа
Технологии xDSL
Одними из самых распространенных технологий ШПД стали технологии, объединенные под
общим названием xDSL (Digital Subscriber Line или цифровая абонентская линия, где «x» - символ
обозначающий конкретный тип технологий высокоскоростных цифровых абонентских линий DSL).
Технологии семейства xDSL могут использоваться для:
Передачи голосового трафика;
Подключение удаленных компьютеров;
Объединения локальных сетей;
Организации соединения с провайдером;
Предоставления услуг «видео по запросу» (VoD) или HDTV
Дистанционного обучения.
Основным принципом технологий xDSL является использование для передачи данных медных
проводов существующих абонентских линий телефонной сети общего пользования, не мешая при
этом передаче по ним телефонного трафика.

5.

Технологии широкополосного
доступа
Технологии xDSL
Существует большое количество технологий xDSL.
Все технологии можно разделить на две категории:
Симметричные - скорости передачи данных в обоих направлениях (то есть из сети к пользователю и от
пользователя в сеть) одинаковы.
Асимметричные - скорости передачи данных в обоих направлениях не одинаковы.
Различные типы технологий xDSL отличаются используемым для передачи сигнала спектром,
методами модуляции, а, следовательно, скоростью передачи данных и диапазоном максимально
допустимых расстояний передачи.
Технологии xDSL
Максимальная скорость
(прием/передача)
Максимальное расстояние
передачи, км
VDSL
100 Мбит/с
0,300 (на максимальной
скорости)
ADSL
24 Мбит/с/
3,3 Мбит/с
1 (на максимальной
скорости)
Доступ в Интернет, голос,
видео, HDTV (на коротких
расстояниях)
SHDSL
5,6 Мбит/с
3 (на максимальной
скорости)
Объединение сетей
HDSL
2 Мбит/с
4,5
Объединение сетей,
услуги Е1
SDSL
1,5 Мбит/с/
384 Кбит/с
3
Объединение сетей,
услуги Е1
Основное применение
Объединение сетей,
HDTV

6. Технологии широкополосного доступа

Технология ADSL
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — технология
семейства xDSL, обеспечивающая передачу данных через медные провода телефонной сети общего
пользования, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между нисходящим и восходящим
потоком данных асимметрично.
Технология ADLS использует частотный диапазон, не предназначенный для телефонных вызовов, позволяя
передавать данные одновременно с ведением телефонных разговоров.
Обычная телефонная линия использует для передачи голоса полосу частот 0,3 - 3,4 кГц.
ADSL использует диапазон частот от 26 кГц до 138 кГц для передачи восходящего потока данных (от абонента),
диапазон частот от 138 кГц до 1,1 МГц — нисходящего (к абоненту).
Скорость нисходящего потока данных (передаваемого в сторону конечного пользователя) выше, чем скорость
восходящего потока данных (передаваемого от пользователя в сторону сети)
Телефонная сеть
Восходящий поток
Нисходящий поток

7. Технологии широкополосного доступа

Технология ADSL
При использовании ADSL данные передаются по витой паре в полнодуплексном режиме.
Для того, чтобы разделить восходящий и нисходящий поток данных используется один из следующих методов:
Частотное разделение каналов (Frequency Division Multiplexing, FDM) - низкоскоростной канал
передаваемых данных располагается сразу после полосы частот, используемой для передачи традиционной
телефонии (POTS). Высокоскоростной канал принимаемых данных располагается на более высоких частотах;
Центральная
частота
восходящего
потока (69 КГц)
POTS
Splitter
Несущие
Полоса
голоса
7
16
Центральная
частота
нисходящего
потока (276 КГц)
31
255
1.1 МГц
64
4.3125 КГц
26 КГц
Эхокомпенсация (Echo Cancelation, EC) - диапазоны восходящего и нисходящего потоков перекрываются и
разделяются средствами местной эхокомпенсации.
Центральная
частота
восходящего
потока (69 КГц)
POTS
Splitter
Несущие
Полоса
голоса
7
16
26 КГц
Центральная
частота
нисходящего
потока (276 КГц)
Эхокомпенсация
31
64
4.3125 КГц
255
1.1 МГц

8. Технологии широкополосного доступа

Организация подключения пользователей
Передача данных по технологии ADSL реализуется через обычную аналоговую телефонную
линию при помощи абонентского устройства — ADSL-модема и мультиплексора доступа (DSL
Access Multiplexer, DSLAM), находящегося на той АТС, к которой подключается телефонная линия
пользователя, при этом DSLAM устанавливается до оборудования самой АТС.
DSLAM мультиплексирует множество абонентских линий DSL в одну высокоскоростную
магистральную сеть.
Интернет
DSL-2750U
ADSL
Коммутатор Ethernet
DSLAM
Домашние пользователи /
Малые офисы
ADSL
DSL-2540U

9. Технологии широкополосного доступа

Организация подключения пользователей
Для того чтобы высокочастотный сигнал ADSL-модема негативно не влиял на электронику,
подключенного к телефонной сети оборудования, в квартире абонента устанавливается фильтр
низких частот (также называемый сплиттер (Splitter) или микрофильтр), пропускающий к обычным
телефонам только низкочастотную составляющую сигнала.
Сплиттер подключается к телефонной линии в том месте, где установлен телефон. В случае,
когда телефонных аппаратов несколько и все они подключены к одной телефонной линии,
сплиттер устанавливается в точке входа телефонной линии (до подключения первого
телефонного аппарата). Тогда все оставшиеся телефоны подключаются параллельно первому без
использования сплиттера.
Телефон
Телефонная розетка
ADSL-модем

10. Технологии широкополосного доступа

Сигнальный обмен в ADSL. Инициализация услуги
При подключении ADSL-модема к DSLAM происходит
широкополосного доступа через следующие четыре стадии:
процесс
Этап предварительного обмена данными («рукопожатие»);
Этап диагностики соединения (training);
Этап диагностики канала обмена данными;
Штатная работа системы абонентского широкополосного доступа.
активизации
системы

11. Технологии широкополосного доступа

Описание процедуры «Рукопожатие»
Основной целью сигнального обмена на этой стадии является определение принципиальной
возможности установления соединения ADSL и режима работы обоих устройств:
ATU-C (ADSL Transmission Unit Central) – ADSL DSLAM.
ATU-R (ADSL Transmission Unit Remote), CPE (Customer Premises Equipment) – ADSL модем/маршрутизатор.
CLR: ATUR посылает данные о тех режимах связи, которые поддерживает модем;
CL: ATUC посылает данные о тех режимах связи, которые поддерживает DSLAM;
ASK: Подтверждение со стороны модема о корректном принятии перечня допустимых режимов работы;
MS: ATUR выбирает режим работы;
ACK: ATUC принимает выбранный режим;
MS: ATUR запрашивает режим штатной работы;
REQ-MR: ATUC должен выбрать режим штатной работы и для этого запрашивает сообщение MR;
MR: ATUR посылает сообщение MR, запрашивая дополнительно сообщение MS;
MS: ATUC устанавливает режим штатной работы;
ACK: ATUR подтверждает выбор.

12. Технологии широкополосного доступа

Процедура диагностики соединения
В процессе диагностики соединения выполняется настройка эквалайзеров и эхокомпенсаторов
трансиверов модема и DSLAM. За счет этого пара устройств адаптируется к параметрам конкретной
линии, предсказать которые в общем случае оператор не может.
Всего в процессе диагностики соединения решаются следующие задачи:
Измеряется мощность сигнала по восходящей линии (Upstream) и в результате настраивается
уровень мощности передатчика по нисходящей линии (Downstream).
Настраиваются режимы цепи управления генерации сигнала AGC (Automatic Gain Control).
Настраиваются режимы эхокомпенсации.
Настраиваются параметры эквалайзеров.

13. Технологии широкополосного доступа

Диагностика параметров канала
На этом этапе пара модем-DSLAM:
Тестирует параметры среды передачи;
Определяет уровень отношения сигнал/шум (SNR) на каждой частоте;
Устанавливает уровни передачи на каждой несущей;
Анализирует возможности передачи информации на каждой несущей и устанавливает
параметры кодирования для каждой несущей.
По завершении этапа диагностики канала модем и DSLAM имеют информацию об уровне шумов,
SNR и о допустимой скорости передачи цифровых данных на каждой несущей.
По совокупности всех несущих DSLAM и модем «договариваются» о максимальной скорости
цифрового обмена данными по восходящей и нисходящей линии (Upstream/Downstream).

14. Технологии широкополосного доступа

Влияние параметров абонентской линии на качество канала обмена ADSL
Технология ADSL изначально ориентировалась на принцип использования существующих
абонентских кабельных систем операторов для предоставления услуг широкополосного доступа.
Абонентские кабельные системы операторов создавались в разных технологических и исторических
условиях. По этой причине параметры абонентской кабельной сети каждого оператора являются
индивидуальными, а разброс в параметрах абонентских линий слишком велик для того, чтобы
можно было гарантировать качество передачи информации без функций динамической подстройки.
Параметры качества кабельной системы представляются наиболее
функционирования ADSL и выступают слабым звеном этой технологии.
критичными
для
В ADSL используются функции адаптивной подстройки к параметрам кабельной сети. В случае
ухудшения параметров абонентской пары в сформированном канале обмена данными,
уменьшается скорость передачи данных.
Существует также объективное уменьшение скорости передачи данных в ADSL по мере удаления
пользователя от DSLAM. Чем короче абонентская пара, тем большую скорость обмена данными
можно реализовать в ней. По мере удаления от DSLAM уменьшается скорость обмена.

15. Технологии широкополосного доступа

Стандарты ADSL
Стандарт
Описание
Утвержден
ADSL
ITU G.992.1 (G.DMT)
1999
ADSL
ITU G.992.2 (G.lite)
1999
ADSL2
G.992.3 (G.DMT.bis)
2002
ADSL2
G.992.4 (G.lite.bis)
2002
ADSL2+
G.992.5
2003
RE-ADSL2
ANNEX L
2003
Скорость (Мбит/с)
24 Мбит/с
ADSL2+
12 Мбит/с
ADSL2
ADSL
8 Мбит/с
RE-ADSL2
ADSL ADSL
ADSL
5.4
5.7
6.7
Расстояние (км)
ADSL
ADSL2
ADSL2+
RE-ADSL2
Утвержден
Июль 1999
Август 2002
Февраль 2003
Октябрь 2003
Используемые
частоты
1.1 МГц
1.1 МГц
2.2 МГц
2.2 МГц
Максимальная
скорость передачи
(нисход./восход.)
8 Мбит/с/
800 Кбит/с
12 Мбит/с/
3,5 Мбит/с
24 Мбит/с/
3,5 Мбит/с
12 Мбит/с/
1,5 Мбит/с
Максимальное
расстояние
5,4 км
5,7 км
5,7 км
6,7 км

16. Технологии широкополосного доступа

ADSL Annex A и Annex B
Технологии широкополосного
доступа
Полоса
ТФОП
ADSL AnnexA
Upstream
ADSL AnnexA
Downstream
40
Кбит/с
640 Кбит/с
8 Мбит/с
Каналы 6 -- 31
Каналы 32 -- 255
0 -- 4 КГц
26
КГц
Полоса ISDN
40
Кбит/с
0 -- 4 КГц
26
КГц
138
КГц
1.1
МГц
ADSL AnnexB
Upstream
ADSL AnnexB
Downstream
640 Кбит/с
8 Мбит/с
Каналы
#32--#63
Каналы
#64--#255
138
КГц
272 276
КГц КГц
1.1
МГц

17. Технологии широкополосного доступа

Стандарт ADSL2 (ITU G.992.3)
Технологии широкополосного
доступа
Улучшение работы на длинных линиях;
До 12 Мбит/с - скорость нисходящего потока;
До 2,8 Mбит/с – скорость восходящего потока с использованием Annex M;
Увеличение дальности на 200 м;
Улучшение диагностических возможностей;
Оптимизация процедуры инициализации модема (время инициализации соединения уменьшено с
10 до 3 сек);
Механизм адаптации скорости соединения без разрыва и инициализации соединения (SRA);
Алгоритм динамического распределения спектра сигнала (Bit Swapping, BS);
Объединение каналов;
Несколько режимов энергопотребления.

18. Технологии широкополосного доступа

Механизм прозрачной адаптации скорости (SRA)
ADSL2 описывает механизм прозрачной адаптации скорости (Seamless Rate Adaptation, SRA) к
текущему состоянию абонентской линии, которое зависит от уровня перекрестных наводок,
присутствия радиостанций АМ-диапазона и др.
Алгоритм SRA выполняет подстройку скорости в режиме реального времени без необходимости
перезагрузки модема. За счет применения алгоритма SRA технология ADSL2 оказывается
существенно более гибкой и адаптированной к любым изменениям параметров шума
в абонентской паре.

19. Технологии широкополосного доступа

Алгоритм динамического распределения спектра сигнала (Bit Swapping, BS)
Перед началом обмена данными модем и DSLAM тестируют линию, измеряя отношение сигнал/шум на каждой
несущей.
Для компенсации селективных помех, которые существенно снижают качество передачи на отдельных несущих, в
технологии ADSL2 используется алгоритм BS.
На всех непораженных несущих существует
определенный резерв пропускной способности,
связанный с разницей между реальной скоростью
передачи данных на несущей и максимально
допустимой.
В алгоритме BS предполагается «перенести»
пораженные помехой символы на резервные места
в структуре сигнала.
В результате такого «перетаскивания» скорость
обмена не уменьшается, но адаптация к
существующей помехе выполняется в полной мере.

20. Технологии широкополосного доступа

Режимы энергопотребления
Устройства ADSL первого поколения работают в режиме максимального энергопотребления,
даже если по абонентской линии трафик не передается.
В ADSL2 предусмотрены 3 режима электропотребления:
L0 – режим максимальной мощности передачи (используется в случае передачи высокоскоростного
трафика).
L2 – режим низкого энергопотребления (соответствует передаче фонового трафика, например трафика
Интернет).
L3 – «спящий» режим (включается, когда абонент не использует ADSL).

21. Технологии широкополосного доступа

Технология ADSL2+
Традиционные технологии ADSL и ADSL2 работают в диапазоне до 1,1 МГц.
Технологии ADSL2+ предусматривает удвоение полосы пропускания для нисходящего трафика и
расширяет используемый диапазон частот до 2,2 МГц.

22. Технологии широкополосного доступа

Технология RE-ADSL2
Технология RE-ADSL2 (Reach Extended ADSL2) была разработана для повышения дальности связи.
Принцип работы RE-ADSL2 – использование мощности сигнала сопоставимой с ADSL, но в меньшем
частотном диапазоне. За счет этого технология RE-ADSL2 способна покрывать большие расстояния.
Предположим, что абонент удален от узла связи более чем на 5 км. На таком расстоянии скорость ADSL
стремительно падает, а RE-ADSL2 продолжает работать, в чем и есть ее главное преимущество.
Центральный офис

23. Технологии широкополосного доступа

Методы передачи данных по сети ADSL
Ключевая роль модема ADSL состоит в том, чтобы преобразовать данные пользователя в формат,
удобный для передачи через ADSL.
Для передачи кадров по цепи абонентского доступа модем формирует одну из следующих
структур ADSL:
PPPoE
IPoE
PPPoА

24. Технологии широкополосного доступа

Технология VDSL
Технология VDSL (Very high bitrate Digital Subscriber Line, сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия)
является наиболее высокоскоростной технологией xDSL, обеспечивающей возможность асимметричной и
симметричной передачи.
Работает по существующим телефонным линиям, совместима с ISDN.
Длина линии значительно выше, чем у Fast Ethernet, поэтому технология VDSL может рассматриваться как
экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного
пользователя.
Используется для обеспечения передачи данных внутри жилых домов и офисных зданий, где не всегда возможна
прокладка дополнительной Ethernet-сети.
Высокая помехоустойчивость
Различные варианты распределения полосы пропускания между нисходящими и восходящими потоками
DSL-6740U
VDSLмаршрутизатор
IP-коммутатор/
маршрутизатор
DSL-6740U
VDSLмаршрутизатор
Сплиттер
Интернет
Gigabit Ethernet
VDSL DSLAM

25. Технологии широкополосного доступа

Обзор стандартов VDSL
Технологии широкополосного
доступа
Максимальная скорость
Семейство
ITU
Название
Ратификация
G.993.1
Very-high-data-rate DSL
2004
G.993.2
Very-high-data-rate DSL2
2005
G.993.2
Very-high-data-rate DSL2
2005
(нисходящий/восходящий
поток)
VDSL
полоса пропускания
12 МГц;
Расстояние
передачи(до 300 м
до 1300 м)
55 Мбит/с/
15 Мбит/с
VDSL2:
полоса пропускания
12 МГц;
Длинная линия (до
1,5 км)
55 Мбит/с/
30 Мбит/с
VDSL2 :
полоса пропускания
30МГц ;
Короткая линия (до
350 м)
100 Мбит/с

26. Технологии широкополосного доступа

Технологии FTTx
Технологии, объединенные общим термином FTTx (Fiber to the x), описывают общий подход к
организации кабельной инфраструктуры сети доступа, в которой от узла связи до
определенного места (точка "х") доходит оптика, а далее, до абонента, – медный кабель.
В семейство FTTx входят различные виды архитектур:
FTTN (Fiber to the Node) – волокно до сетевого узла,
FTTC (Fiber to the Curb) – волокно до микрорайона, квартала или группы домов,
FTTB (Fiber to the Building) – волокно до здания,
FTTH (Fiber to the Home) – волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).
Они отличаются главным образом тем, насколько близко к пользовательскому терминалу
подходит оптический кабель.
Самой перспективной является технология FTTH, т.к. обеспечивает наибольшую полосу
пропускания, массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи,
скорость доступа для абонента до нескольких гигабит в секунду.
Для предоставления мультисервисных услуг FTTx хорошо сочетается с технологиями xDSL.

27. Технологии широкополосного доступа

Технология PON
Разновидностью FTTx является технология пассивных оптических сетей (Passive Optical
Network, PON).
Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной
архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах и представляет
экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации.
Основные преимущества PON:
Отсутствие промежуточных активных узлов - использование лишь одного приемопередающего модуля для передачи информации множеству абонентских устройств и
приема информации от них;
Экономия оптических приёмопередатчиков в центральном узле и экономия волокон –
используется частотное разделение потоков (по длине волны);
Легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания - подключение,
отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не
сказывается на работе остальных.

28. Технологии широкополосного доступа

Стандарты PON
ITU-T G.983
APON (ATM Passive Optical Network).
BPON (Broadband PON)
ITU-T G.984
GPON (Gigabit PON)
IEEE 802.3ah
EPON или GEPON (Ethernet PON)
IEEE 802.3av
10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON)

29. Технологии широкополосного доступа

Топологии сетей доступа
Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа:
«кольцо»;
«точка-точка»;
«дерево с активными узлами»;
«дерево с пассивными узлами».

30. Технологии широкополосного доступа

Принцип действия PON
Основная идея архитектуры PON — использование всего одного приемо-передающего модуля в
OLT (optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT
(optical network terminal в терминологии ITU-T), также называемых ONU (optical network unit в
терминологии IEEE) и приема информации от них.

31. Технологии широкополосного доступа

Технология GPON
Технологии широкополосного
доступа
Технология GPON (Gigabit Passive Optical Network - пассивная гигабитная оптическая сеть) является
ультрасовременным решением по организации широкополосного доступа в частном и корпоративном
секторах рынка.
Основной топологией построения сети GPON является структура «дерево» с пассивным оптическим
ветвлением. В промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные пассивные разветвители
оптической мощности (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.
Эта технология дает возможность применять один приёмопередатчик (OLT) для подключения до 64-х
оконечных устройств (ONU) на одно волокно и пассивные устройства деления оптического сигнала, в
следствии чего экономится большая доля оптоволокна.

32. Технологии широкополосного доступа

Прямой поток
Для передачи потока информации от OLT к ONU — прямого (нисходящего) потока используется длина
волны 1490 нм, скорость передачи 2.54 Гбит/с
Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным.
Каждый абонентский узел ONU, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную
только ему часть информации.
Обратный поток
Все абонентские узлы ONU ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя
концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access).
Восходящие потоки передаются от всех ONU на длине волны 1310 нм с общей скоростью 1.25 Гбит/с.
Чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONU, для каждого из них устанавливается
свое индивидуальное расписание по передаче данных с учётом поправки на задержку, связанную с
удалением данного ONU от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA .

33. Технологии широкополосного доступа

В OLT и ONU встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.
Технология WDM позволяет одновременно передавать несколько информационных каналов
по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

34. Технологии широкополосного доступа

GPON поддерживают схему 128-битового шифрования Advanced Encryption Standard (AES).

35.

Выводы:
Широкополосный доступ (ШПД) означает высокоскоростное подключение к набору услуг, предоставляемых
оператором связи с помощью недорогих и высокоскоростных технологий.
Одними из самых распространенных технологий ШПД стали технологии, объединенные под общим названием
xDSL .
Основным принципом технологий xDSL является использование для передачи данных медных проводов
существующих абонентских линий телефонной сети общего пользования, не мешая при этом передаче по ним
телефонного трафика.
Используемая для DSL полоса пропускания канала разделена на две части: восходящая линия (upstream) и
нисходящая линия (downstream).
ADSL — технология семейства xDSL, обеспечивающая передачу данных через медные провода телефонной
сети общего пользования, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и
входящим потоком данных асимметрично.
Передача данных по технологии ADSL реализуется через обычную аналоговую телефонную линию при помощи
абонентского устройства — ADSL-модема и мультиплексора доступа DSLAM.
Для того чтобы высокочастотный сигнал ADSL-модема негативно не влиял на электронику, подключенного к
телефонной сети оборудования, в квартире абонента устанавливается фильтр низких частот (также
называемый сплиттер).
В настоящее время существует несколько стандартов семейства ADSL: ADSL, ADSL2, ADSL2+, RE-ADSL.
Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL, обеспечивающей возможность
асимметричной и симметричной передачи.
Технология пассивных оптических сетей (Passive Optical Network, PON) является разновидностью технологии
FTTx .
Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с
пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить
широкополосную передачу информации.